CN102341576B - 用于运行具有加热装置的用于净化废气的设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于净化以过量空气运行的内燃机(2)的废气的设备(1)的方法，其中，该设备(1)包括至少一个加热装置(3)，该加热装置至少部分地与废气接触、可以借助于电能激活并且至少部分地具有氧化涂层(4)，其中：a)将所述至少一个加热装置(3)加热经过特定的第一设定点温度(19)，b)至少监测所述至少一个加热装置(3)的温度或者废气的温度，以及c)当至少加热装置(3)或废气的温度已经达到极限温度(21)时或者存在内燃机(2)的低负荷阶段(24)时使废气的烃份额提高。

Description

用于运行具有加热装置的用于净化废气的设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行用于净化以过量空气运行的内燃机的废气的设备的方法，其中，所述设备包括至少一个至少部分地与废气接触的加热装置，所述加热装置可借助于电能激活并且至少部分地构造有氧化涂层。本方法尤其是在车辆、特别是轿车的柴油机的排气装置中使用。
背景技术
已知使用可电加热的蜂窝体，以便在内燃机冷启动和/或重启动之后不久达到用于氧化涂层的所谓起动温度，例如200℃之上的温度。从该温度起可借助于氧化涂层进行包含在废气中的有害物质的转化的催化支持，其中，开始进行放热反应，以使废气的温度可快速进一步提高并且下游的废气处理单元也快速达到其对于催化转化所需的温度。就此而言，也应视为公知的是，尤其是在冷启动或重启动之后将加热装置激活一个预给定的时间段并且在此之后关断。此后，尤其是在具有更高的烃份额的燃料中存在这样的条件：在所述条件下，废气净化单元的活性由于所述放热反应而可保持。
恰恰在以过量空气运行的内燃机例如柴油机中，通常存在废气的组分，即烃所占的份额较小。此外，在内燃机中需要考虑的是，废气大多以较小的温度引导到排气装置中，以便尤其是避免高的氮氧化物份额。此外也已经公知，这种内燃机恰恰在低负荷范围中以相对大的量将冷的废气体积引导穿过排气装置。在此情况下可能产生问题：远低于氧化涂层的起动温度并且由此排气装置的活性没有确保用于全部工作点。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于至少部分地解决就现有技术所描述的问题。尤其是要给出一种用于这种用于净化以过量空气运行的内燃机的废气（排气）的设备的运行方法，在该运行方法中，以尽可能少的能量投入在内燃机运行期间保持功能。
所述目的通过根据本发明的方法以及根据本发明的机动车辆来实现。单独描述的特征可用任意在技术上有意义的方式相互组合并且形成本发明的其它构型。尤其是结合附图的说明书描述本发明并且在此给出附加的实施例。
根据本发明的用于运行用于净化以过量空气运行的内燃机的废气的设备的方法，其中，所述设备包括至少一个加热装置，该加热装置至少部分地与废气接触，该加热装置可借助于电能激活（起动，起作用）并且至少部分地构造有氧化涂层，所述方法至少包括下述步骤：
a）将所述至少一个加热装置加热到预定的第一设定点温度之上，
b）接着，至少监测所述至少一个加热装置的温度或废气的温度，以及
c）当至少
-加热装置或废气的温度已经达到极限温度时，或者
-存在内燃机的低负荷阶段时，
使废气的烃份额提高。
在用于净化以过量空气运行的内燃机的废气的设备方面，本发明尤其是以排气装置为出发点，该排气装置与柴油机和/或贫燃烧发动机连接。该设备在此通常包括排气管路，该排气管路中集成有至少一个加热装置。加热装置可按照要求通过电能激活，其中，加热装置例如被电流流过并且基于欧姆电阻热被加热。为此，加热装置可连接在相应的车载电气***例如12V或24V上。这样的加热装置通常形成供废气流过的较大的表面（面积）。所述表面可部分地构造有氧化涂层。优选这样的构型：整个与废气接触的表面构造有氧化涂层。氧化涂层本身可构造得不同。通常，该氧化涂层具有洗涂层，该洗涂层掺杂有贵金属例如铂、铑等。也优选加热装置在内燃机下游为废气后处理单元，废气与该废气后处理单元接触用于催化转化。
在这种设备中，根据a）首先提出，使用加热装置以达到预定的第一设定点温度。第一设定点温度应这样选择，使得氧化涂层在包含在废气中的有害物质的转化方面具有足够的活性或效率。就此而言，尤其是在内燃机启动时执行步骤a）。为此，加热装置例如可被供应电能数秒，至多可达20秒，所述电能例如从机动车辆的蓄电池或类似装置中取出。
然后，即在所述设备进一步运行期间，至少监测所述至少一个加热装置或废气的温度。不言而喻，也可对这两个温度都进行监测。为此可设置传感器，所述传感器与废气和/或加热装置接触，但也可以例如基于数据模型至少部分地计算或估计温度。可以连续地和/或在预定间隔之后的预定时刻或作为内燃机的特殊状态的反映来执行监测。
基于所述监测，可进行与加热装置和/或废气的预定极限温度的比较。如果达到或低于所述极限温度，则在此提出改变废气组分以使得烃份额提高。就此而言，极限温度优选高于氧化涂层的所谓起动温度。现在，附加的烃使得由于烃在氧化涂层上的放热反应而提供更多的热能并且由此避免加热装置或氧化涂层的温度进一步下降。替代性地或附加地，通常，当确定和/或开始内燃机的低负荷阶段时，也可使废气中的烃份额提高。“低负荷阶段”尤其是指内燃机的低转速和/或负荷运行模式，即，例如怠速、惯性行驶（被动运转，overrun）等。恰恰在柴油机中，在这种低负荷阶段期间，具有低温度的空气的大份额被引导穿过用于净化废气的设备，这可导致废气处理单元冷却。这通过提高废气的烃份额以及以较大强度进行放热化学反应来抵抗。
由此，本发明打破了仅仅加热装置用于保持排气装置的效率或转化能力的观念。而在此提出，加热装置仅在很少的运行阶段中使用，例如仅在内燃机的起动阶段期间使用。在随后的运行期间，在此优选仅借助于步骤c）确保转化能力的保持以及避免借助于电能进一步激活加热装置。由此尤其是可使机动车辆的电供应***减负，由此，在此可提供足够的能量用于机动车辆的其余部件。
根据所述方法的一个实施例提出，废气的烃份额的提高这样进行，即，使废气的烃在氧化涂层上的转化避免所述至少一个加热装置冷却到第二设定点温度之下。就此而言，例如在考虑加热装置和/或废气的当前或期待的温度、所产生的废气的反应度、设有氧化涂层的表面、低负荷阶段的类型等的情况下进行烃份额的提高。第二设定点温度优选低于第一设定点温度；但值得期望的是，该第二设定点温度选择成高于氧化涂层的所谓起动温度。
此外，被视为有利的是，内燃机的多个缸构造有燃料供给装置，其中，在步骤c）中借助于至少一个燃料供给装置提供用于所述至少一个加热装置的预定的燃料量。柴油机通常具有4、6、8或12个缸，通过所述缸，输送给内燃机的燃料-空气量被输送和燃烧。燃料供给装置例如借助于喷嘴实现，所述喷嘴与燃料供应***连接并且可受调节地激活。即，换言之，这样进行所述燃料供给：使得燃料（在未燃烧的情况）输入到用于净化废气的设备中并且因此最终到达加热装置。首先在加热装置的氧化涂层上进行与燃料的烃份额的放热反应，由此，在此生成用于达到加热装置的在起动温度之上的运行温度的热能。原则上可分别通过一个（不同的）燃料供给装置将所需量的燃料整个或以适当方式引入到用于净化废气的设备中。
但在此优选内燃机的全部缸的全部燃料供给装置始终提供预定的燃料量的分量。即，例如首选确定：需要什么燃料量来调节排气装置中的期望运行条件。所述燃料量现在优选均匀地分配给多个可使用的燃料供给装置，由此，所述燃料供给装置（尤其是在时间上错开地）分别喷射其分量。这具有均匀地使用全部缸以及下游排气管路的优点。由此也保证排气装置的确定区域不会较强地与燃料接触，这尤其防止了排气管路或废气净化单元以及尤其是加热装置上的氧化涂层的可能的老化。
根据所述方法的一个实施例也提出，废气的烃份额的提高在内燃机的惯性行驶阶段中进行。在行驶工况中例如当车辆减速或车辆处于斜坡路段上时出现惯性行驶阶段，其中，由驾驶员预定的驾驶员期望力矩小于机动车辆的瞬时惯性力矩。在惯性行驶阶段中，燃料供应通常是停止的，由此，内燃机在不点火的情况下运行（惯性行驶断油）。因此废气中可出现特别小的烃份额，其中，在此，当存在相应的先决条件时，与根据本发明的方法不同。
此外，在此也提出，在步骤c）中确定所述至少一个加热装置能否被避免冷却到第二设定点温度之下，其中，在评估为否的情况下，所述至少一个加热装置附加地间歇地借助于电能激活。即换言之，已经在准备阶段中或者在步骤c）期间检验：是否加热装置在第二设定点温度之上的温度可仅借助于烃份额的提高达到。如果这不可能，例如因为要期待过高的温度降和/或为此所需的燃料量过大，则作为一种“应急措施”，加热装置通过电能重新激活。但这不是持续地进行，而是间歇地即尤其是节拍地进行。为此，加热装置在小于1s的时间段上被供应电能多次，例如10次或20次以上，其中，也保持一秒以下的停顿。在新的电流脉冲产生之前，例如加热装置可被通电10-50ms（毫秒）并且此后以一个停顿失效类似的时间段。通过这种间歇的运行方式，电能的使用量减少并且整车电路网络减负。
根据本发明的另一方面，还给出一种机动车辆，该机动车辆具有以过量空气运行的内燃机，所述内燃机具有多个缸，所述缸分别具有一个燃料供给装置，所述机动车辆还具有用于净化在内燃机中产生的废气的设备，其中，所述设备具有至少一个形式为可电加热的蜂窝体的加热装置，所述加热装置与电压源和调节单元连接，其中，所述机动车辆和调节单元设置成用于执行在此描述的根据本发明的方法。
所述机动车辆尤其是轿车，该轿车设置有柴油机。虽然原则上提供仅一个用于处理整个废气流的加热装置就足够，但也可例如在废气的不同的分开的流动路径上设置多个加热装置。可电加热的蜂窝体形式的加热装置的构型具有可实现与废气的特别紧密的接触的优点。作为这种可电加热的蜂窝体的例子，可参考WO89/10471A1。可电加热的蜂窝体据此优选包括金属的蜂窝结构，所述蜂窝结构构造有多个至少部分地结构化的金属膜，所述金属膜形成对于废气可流过的通道。蜂窝体在此部分地相互电隔绝（电绝缘）并且与电压源连接，以使得一个或多个电流路径通过蜂窝结构构成。作为电压源，例如考虑发电机和/或蓄电池。调节单元也可是发动机控制装置的一部分，由此可在预定时刻在考虑机动车辆的分散的运行参数的情况下实现电能的供应。调节单元的一部分据此也可以是相应的数据模块和/或实现根据本发明的相应运行模式的相应软件。
附图说明
下面借助于附图对本发明及技术领域进行描述。附图示出本发明的特别优选的实施方案，但本发明并不局限于所述实施方案。附图示意性表示：
图1示出具有废气处理装置的机动车辆，
图2示出可电加热的蜂窝体，以及
图3示出温度变化曲线。
具体实施方式
图1示意性地示出机动车辆7，该机动车辆具有尤其是柴油机形式的内燃机2。内燃机2在此包括四个缸5，所述缸各自具有一个分开的、可独立运行的燃料供给装置6。在缸5中产生的废气然后在排气管路13中汇集，所述排气管路中例如也可集成涡轮增压器12。涡轮增压器12例如可构造成废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器同时用于以压缩的形式供应内燃机中的燃烧过程所需的空气。原则上，在缸5与涡轮增压器12之间也可设置另外的氧化催化转化器，但这不是强制所需的。由此，在所画出的流动方向11上被引导穿过排气管路13的废气也可首先碰撞到具有氧化涂层的加热装置3。在更下游可设置多个附加的废气处理单元14，例如颗粒捕集器、吸附器、还原催化转化器、三元催化转化器等。为了运行所述设备1以及为了净化内燃机2的废气，设置有调节单元10，所述调节单元尤其是与内燃机2和加热装置3相互作用。附加地，调节单元10可与传感器15共同作用，所述传感器例如检测废气的温度。
图2以端视图示意性地示出作为加热装置3的优选实施方案的、可电加热的蜂窝体8的实施方案。该蜂窝体8具有多个彼此盘绕的平滑的波状金属膜18，所述金属膜彼此交替地相互贴靠并且提供用于废气流过的通道17。所有金属膜18都设有氧化涂层4。在此，金属膜18的各个叠堆相对于彼此电隔绝，由此，电流可按照要求由一个电极输送，流过蜂窝体8并且通过另外的电极再引出。这些金属膜18还电隔绝地安装在壳体16中，电极也被电隔绝地引导穿过所述金属膜。为运行蜂窝体8，设置有电压源9，该电压源与调节单元10共同作用以便按照要求向加热装置3供应电能。
现在，图3示意性地示出在用于净化废气的设备运行的时间上所监测的温度变化曲线25。在图3中左侧示出，首先在第一时间段上，向加热装置供应电能23，由此，废气或加热装置尽可能快地在冷启动之后达到或超过第一设定点温度19。第一设定点温度19优选显著高于氧化涂层的起动温度，例如比起动温度高100℃。基于行驶循环，在切断电能23后，所监测的温度变化曲线25相应于内燃机的负荷变化。但如果确定所监测的温度低于极限温度21，则供应烃22，以便在加热装置的氧化涂层上发生放热反应并使温度再次上升。由此尤其是实现：所监测的温度变化曲线25又在极限温度21之上延伸。优选每当低于极限温度21时进行烃22的所述供给。极限温度21也高于氧化涂层的起动温度，例如至少高30℃。
在图3中右侧示出一种可能的情况，它例如可能在极度的低负荷阶段24、尤其是较长的惯性行驶断油中出现。在此，温度变化曲线25下降到显著低于极限温度21，由此，在此除了更多地—如可能多倍地—供给烃22之外，还附加地借助于加热装置间歇地输送电能23。通过这种组合措施，也可快速实现：所监测的温度变化曲线在极限温度21之上延伸。
需要指出的是，可在不偏离本发明的构思的情况下对一系列措施进行修改。尤其是在此可提及加热装置的各种构型、加热装置在排气装置中的位置、传感检测机构等。不言而喻，所述方法可能情况下有利地在其它内燃机中也可以是有意义的。
附图标记列表
1设备
2内燃机
3加热装置
4氧化涂层
5缸
6燃料供给装置
7机动车辆
8蜂窝体
9电压源
10调节单元
11流动方向
12涡轮增压器
13排气管路
14废气处理单元
15传感器
16壳体
17通道
18金属膜
19第一设定点温度
20第二设定点温度
21极限温度
22烃
23电能
24低负荷阶段
25所监测的温度变化曲线

Claims (7)

1.一种用于运行用于净化以过量空气运行的内燃机(2)的废气的设备(1)的方法，其中，所述设备(1)包括至少一个加热装置(3)，该加热装置至少部分地与废气接触、能够借助于电能激活并且至少部分地构造有氧化涂层(4)，在该方法中：
a)将所述至少一个加热装置(3)加热到预定的第一设定点温度(19)之上，
b)接着，至少监测所述至少一个加热装置(3)的温度或者废气的温度，以及
c)当至少
-加热装置(3)或废气的温度已经达到极限温度(21)时，或者
-存在内燃机(2)的低负荷阶段(24)时，
使废气的烃份额提高。
2.根据权利要求1的方法，其中，废气的烃份额的提高这样进行，即，使得废气的烃在所述氧化涂层(4)上的转化能防止所述至少一个加热装置(3)冷却到第二设定点温度(20)之下。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，内燃机(2)的多个缸(5)配备有燃料供给装置(6)，其中，在步骤c)中借助于至少一个燃料供给装置(6)提供用于所述至少一个加热装置(3)的预定的燃料量。
4.根据权利要求3的方法，其中，内燃机(2)的所有缸(5)的全部燃料供给装置(6)都始终提供所述预定的燃料量的分量。
5.根据权利要求1或2的方法，其中，废气的烃份额的提高在所述内燃机(2)的惯性运行阶段中进行。
6.根据权利要求1或2的方法，其中，确定步骤c)是否将避免所述至少一个加热装置(3)冷却到第二设定点温度(20)之下，其中，当评定为否时，借助于电能附加地以间歇方式激活所述至少一个加热装置(3)。
7.一种机动车辆(7)，该机动车辆具有以过量空气运行的内燃机(2)，该内燃机具有多个缸(5)，所述缸各自具有一个燃料供给装置(6)，该机动车辆还具有用于净化在所述内燃机(2)中产生的废气的设备(1)，其中，该设备(1)具有至少一个加热装置(3)，该加热装置的形式为可电加热的蜂窝体(8)，该加热装置与电压源(9)和调节单元(10)连接，其中，所述调节单元(10)构造成：将所述至少一个加热装置(3)加热到预定的第一设定点温度(19)之上，接着至少监测所述至少一个加热装置的温度或者废气的温度，并且当至少加热装置或废气的温度已经达到极限温度(21)时或者存在内燃机(2)的低负荷阶段(24)时使废气的烃份额提高。
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